提高離子遷移譜性能的雙效應Tyndall-Powell門控方法研究

摘要 離子遷移譜（Ion mobility spectrometry， IMS）檢測速度快、靈敏度高、可便攜，在化學毒劑、爆炸物、毒品和環境污染物等現場檢測中發揮了重要作用。離子門作為IMS 的關鍵部件，其向遷移區內注入離子團的離子數和時間寬度直接影響檢測靈敏度和分辨能力。本研究采用Tyndall-Powell 離子門（TPG）雙平行柵結構可有效隔離電離區、離子門區和遷移區電場并獨立調控的優勢，發展了一種可以使遷移率歧視消除與離子團時域壓縮同步增強的雙效應TPG 門控方法，提升了IMS 的性能。搭建了TPG-IMS 平臺，考察了雙效應TPG 門控方法的離子門開門時間、離子門穿透電壓和離子注入電壓等參數對IMS 信號強度和分辨能力的影響。結果表明，采用雙效應TPG 門控方法檢測磷酸二乙酯（Diethyl phosphonate， DEP）和甲基磷酸二乙酯（Diethyl methylphosphonate， DEMP）混合樣品，可以使遷移率（K0）較小的（DEP）2H+和（DEP·DEMP）H+的離子峰強度分別提升18 和45 倍，并保持分辨能力為～90，實現綜合門控效能的提升；DEP 的檢出限從4 ppb （10–9）降至235 ppt （10–12）， DEMP 的檢出限從5 ppb 降至156 ppt。此門控方法僅調控TPG 緊鄰遷移區柵極的電勢，無需改變遷移管結構，便于在現有商品化儀器上推廣應用。

關鍵詞 離子遷移譜；雙平行柵離子門；遷移率歧視；離子團時域壓縮；綜合門控效能